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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle mit mehreren Nockenelementen, die für unterschiedliche Hübe unterschiedliche Hüllkreise aufweisen und mit Betätigungselementen für Gaswechselventile zusammenwirken, und mit zumindest einer Schaltkulisse mit einer Ausformung zur kinematischen Kopplung mit einer Aktorvorrichtung, wobei die Nockenwelle zumindest ein die Nockenelemente tragendes Nockenträgerrohr umfasst, das auf einer als Zahnwelle ausgeführten Trägerwelle drehfest und axial verschiebbar angeordnet und mittels eines Rastmittels in der eingestellten axialen Position festlegbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Nockenwelle für eine solche Brennkraftmaschine.
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Brennkraftmaschinen mit derartigen Nockenwellen werden verwendet, um diese mit einem verstellbaren Ventilhub oder mit verstellbaren Ventilsteuerzeiten betreiben zu können. Hierzu werden die Ventile der Brennkraftmaschine über Nockenelemente angesteuert, die axial verschiebbar auf der rotierenden Grund- oder Trägerwelle angeordnet sind.
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Durch die axiale Verschiebung des Nockenelements auf der Trägerwelle können die Ventile mit verschiedenen Nocken gesteuert werden, wobei die verschiedenen Nocken unterschiedliche Nockenformen sowie Hüllkreise aufweisen.
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Dabei können sowohl die Nockenkuppen geometrisch unterschiedlich stark ausgeprägt sein oder die Position der Nockenkuppen in Umfangsrichtung variiert zueinander. Mehrere Nockenelemente bilden jeweils ein Nockenpaket auf einer diesem zugeordneten Nockenträgerrohr.
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Eine Verstellung der einzelnen Nockenträger in axialer Richtung der Nockenwelle erfolgt mit Hilfe einer Ausformung in der Schaltkulisse, die eine oder mehrere in Umfangsrichtung verlaufende Nut oder Nuten ausbildet. Diese Nut weist somit in einem Abschnitt zwei divergierend verlaufende Teilnuten auf. Die tatsächliche Verstellung wird über eine Aktorvorrichtung erreicht, die mehrere ausfahrbare Verstellstifte aufweist, von denen jeweils einer, in Abhängigkeit von der jeweiligen Position des Nockenträgers auf der Trägerwelle und von der gewünschten Verstellvorrichtung, ausgefahren wird und in einen Abschnitt der Nut eingreift. Greift einer der Verstellstifte in eine der divergierenden Teilnuten ein, führt dies infolge der Relativdrehung des Kulissenrades zu dem Stift zu einer Axialverschiebung des Nockenträgers auf der Trägerwelle.
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Die
DE 10 2012 209 026 A1 bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem Schiebenockenelement und mit zumindest einer Verschiebekulisse mit einer Verschiebenut. Die Brennkraftmaschine hat eine Aktorvorrichtung mit zumindest einem aus einem Gehäuse heraus bewegbaren Aktorstift, wobei die Aktorvorrichtung an einem Bauteil eines Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine befestigbar ist und der Aktorstift nach seiner Herausbewegung mit zumindest einer Verschiebenut der Verschiebekulisse in Verbindung tritt.
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Aus der
DE 10 2009 022 657 A1 ist eine Nockenwelle mit einer Trägerwelle bekannt. Auf der Trägerwelle ist ein Nockenpaket aus vier Nocken angeordnet. Das Nockenpaket umfasst ein Trägerrohr, das über eine Innenverzahnung und eine Außenverzahnung axial verschiebbar auf der Trägerwelle angeordnet ist, sodass die Drehbewegung der Trägerwelle über einen geometrischen Formschluss auf das Trägerrohr übertragen wird.
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Die
DE 10 2004 011 586 A1 zeigt eine Nockenwelle mit einer Trägerwelle, wobei das Trägerrohr eine Innenverzahnung besitzt, die mit einer Außenverzahnung der Trägerwelle kämmt. Zwischen den Nockenkonturen weist das Trägerrohr ein Lagerelement auf, um das Nockenpaket in einem Lagerbock drehbar zu lagern, der beispielsweise Bestandteil eines Zylinderkopfes sein kann.
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Die jeweilige Axialstellung des Nockenträgerrohres wird durch eine Rastvorrichtung sichergestellt, die eine federbelastete Rastkugel aufweist, die in den einzelnen Axialstellungen außenseitig in eine dazugehörige Vertiefung des Nockenträgerrohres eingreift, wie diese beispielsweise aus der
DE 10 2011 011 803 A1 bekannt ist.
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Aus der
DE 10 2013 010 330 A1 ist eine Nockenwelle mit einem axial verschiebbaren Nockenträgerrohr bekannt, wobei das Nockenträgerrohr in einer Axialstellung mittels einer Rastvorrichtung auf der Trägerwelle festlegbar ist, die ein durch ein Federelement belastetes Rastelement, insbesondere eine Rastkugel, umfasst, das in einer Öffnung der Trägerwelle angeordnet ist und in eine von mehreren Rastvertiefungen des Nockenträgerrohrs eingreift.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle der eingangs genannten Art den Herstellungsaufwand wesentlich zu vermindern.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Brennkraftmaschine vorgesehen, bei der die Schaltkulisse und mehrere Nockenträgerrohre jeweils als separate Formkörper ausgeführt sind und die Nockenträgerrohre entlang zumindest einer Kontaktfläche mit der Schaltkulisse lösbar oder unlösbar derart verbunden sind, dass die jeweiligen Stirnflächen der Nockenträgerrohre einen axialen Abstand aufweisen, und dass die Schaltkulisse in einem Zwischenraum zwischen den Stirnflächen radial innenseitig mehrere Ausnehmungen für das Rastmittel aufweist. Hierdurch werden in überraschend einfacher Weise die Herstellung und die Montage der Nockenwelle wesentlich vereinfacht, weil die Nockenträgerrohre und die Schaltkulisse modular in unterschiedlichen Varianten aufgebaut werden können. Indem die Schaltkulisse zugleich einen Abstand zwischen ihren Stirnflächen definiert, steht ein im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich größerer Arbeitsraum für das Rastmittel zur Verfügung, was den Einsatz größerer Federelemente oder Sperrkörper ermöglicht. Es ist sogar schon daran gedacht worden, das Federelement in die Schaltkulisse zu integrieren, um so die Bearbeitung der Trägerwelle zu vereinfachen und die beweglichen Funktionselemente des Rastmittels in die Schaltkulisse zu integrieren. Selbstverständlich können mittels der Schaltkulisse zugleich zwei Nockenträgerrohre axial bewegt werden, sodass die darauf in Gruppen angeordneten Nockenelemente synchron beweglich sind. Darüber hinaus können durch den mehrteiligen Aufbau auch weitere Schaltkulissen und/oder Nockenträgerrohre verbunden werden, wobei weitere Schaltkulissen lediglich als Verbindungselemente dienen, und die Schaltfunktion mittels einer einzigen Schaltkulisse eingeleitet und auf alle Nockenträgerrohre übertragen werden kann.
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Durch den Fortfall der Innenverzahnung im Bereich der Schaltkulisse wird weiterhin auch eine einfache Bearbeitung der Innwandfläche zum Einbringen der Ausnehmungen ermöglicht. Die Ausnehmungen können dabei sowohl als eine umlaufende nutenförmige Vertiefung ausgeführt sein als auch entsprechend der Kontur des Rastelementes auf einen Umfangsabschnitt der Innenwandfläche der Schaltkulisse beschränkt eingebracht werden.
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Eine besonders Erfolg versprechende Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die auf einem gemeinsamen Nockenträgerrohr angeordneten Nockenelemente in axialer Richtung beiderseits einer das Nockenträgerrohr radial umfangsseitig lagernden Lagerstelle des Nockenträgerrohres in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Hierdurch können mittels der auf einem gemeinsam angeordneten Nockenelemente die unterschiedlichen Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordneten Gaswechselventile betätigt werden, um so vor allem den konstruktiven Aufwand für die Betätigung zu reduzieren.
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Die Kontaktfläche könnte zwischen einer Außenumfangsfläche des Nockenträgerrohres und einer Innenwandfläche eines das Nockenträgerrohr einschließenden Abschnittes der Schaltkulisse vorgesehen sein, und beispielsweise durch eine kraftschlüssige Fixierung, beispielsweise durch thermisches Schrumpfen oder durch eine Schweißverbindung realisiert sein. Eine besonders praxisgerechte Ausgestaltungsform der Erfindung wird auch dadurch realisiert, dass zusätzlich eine Kontaktfläche zwischen einer Stirnseite des Nockenträgerrohres und einem radial in Richtung einer Mittellängsachse gerichteten Vorsprung vorgesehen ist. Hierdurch wird eine definierte axiale Relativposition der Nockenträgerrohre gegenüber der Schaltkulisse festgelegt, indem die Nockenträgerrohre soweit in eine entsprechende Aufnahme der Schaltkulisse eingeführt werden, bis die jeweilige Stirnseite der Nockenträgerrohre gegen den einen Anschlag bildenden Vorsprung anliegt. Selbstverständlich kann die Schaltkulisse auch einen gemeinsamen radial nach innen gerichteten Vorsprung als Anlage für beide Stirnflächen von zwei gegenüberliegenden Nockenträgerrohren aufweisen.
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Die Winkelstellung der auf der Trägerwelle angeordneten Nockenträgerrohre ist durch deren jeweils drehfeste Anordnung bestimmt. Darüber hinaus hat es sich insbesondere bei der Montage der Nockenwelle bereits als besonders praxisgerecht erwiesen, wenn die Kontaktfläche als eine formschlüssige Verbindung zwischen der Schaltkulisse und dem jeweiligen Nockenträgerrohr ausgeführt ist, indem beispielsweise axiale Vorsprünge in axiale Ausnehmungen eingreifen. Hierdurch wird beim Fügen der Nockenträgerrohre und der Schaltkulisse durch den Formschluss eine eindeutig reproduzierbare Winkelstellung zwischen den Nockenelementen festgelegt, wodurch unerwünschte Abweichungen zuverlässig vermieden werden können.
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Vorzugsweise weisen die Nockenelemente auf dem jeweiligen Nockenträgerrohr eine übereinstimmende relative Winkelstellung auf, wobei die relative Winkelstellung verschiedener Nockenträgerrohre von der Bauart der Brennkraftmaschine abhängt. Hierzu kann die Winkelstellung einer ersten Gruppe von Nockenelementen eines ersten Nockenträgerrohres mit einem Winkelversatz 70° bis 120°, insbesondere 90°, gegenüber einer zweiten Gruppe von Nockelementen eines zweiten Nockenträgerrohres angeordnet sein.
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Bei einer anderen, ebenfalls sinnvollen Abwandlung der Erfindung ist die Schaltkulisse lösbar mit zumindest einem Nockenträgerrohr verbunden, um so beispielsweise im Servicefall bei einem auftretenden Verschleiß der Nockenelemente diese gemeinsam mit ihrem jeweiligen Nockenträgerrohr austauschen zu können.
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Weiterhin ist es besonders praxisgerecht, wenn beiderseits der Schaltkulisse je eine Gruppe von Nockenelementen angeordnet ist und dass zumindest ein, vorzugsweise beide Nockenelemente mit dem kleinsten Hüllkreis der jeweiligen Gruppe benachbart zu der Schaltkulisse angeordnet sind, sodass in Verbindung mit einem Aktuator eine kompakte Bauform realisiert werden kann, die lediglich einen geringen Bauraum erfordert.
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Die Schaltkulisse dient erfindungsgemäß der Verbindung der Nockenträgerrohre und weist umfangsseitig eine beispielsweise als eine nutenförmige Vertiefung ausgeführte Führung zum zeitweisen Eingriff eines Aktuators auf.
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Die Erfindung wird weiterhin noch mit einer Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine dadurch gelöst, dass die Schaltkulisse und zwei Nockenträgerrohre jeweils als separate Formkörper ausgeführt sind und entlang zumindest einer Kontaktfläche mit der Schaltkulisse lösbar oder unlösbar derart verbunden sind, dass die jeweiligen Stirnflächen der Nockenträgerrohre einen axialen Abstand aufweisen.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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Diese zeigt in
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1 in einer Draufsicht einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle;
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2 in einer perspektivischen Schnittdarstellung ein mit einer Schaltkulisse der in 1 gezeigten Nockenwelle;
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3 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Schaltkulisse.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der 1 bis 3 näher erläutert, die jeweils eine Nockenwelle 1 einer Brennkraftmaschine 2 zeigen. Die Nockenwelle 1 ist mit mehreren Nockenelementen 3, 4 ausgestattet, die für unterschiedliche Hubhöhen bzw. -verläufe unterschiedliche Hüllkreise aufweisen, und die mit nicht weiter dargestellten Gaswechselventilen zusammenwirken. Um ein für die jeweilige Betriebssituation der Brennkraftmaschine 2 geeignetes Nockenelement 3, 4 mit dem Gaswechselventil in Kontakt zu bringen sind diese axial verschiebbar. Hierzu hat die Nockenwelle 1 zwei Nockenträgerrohre 5, die jeweils mit den beiden Nockenelementen 3, 4 ausgestattet sind, und die auf einer als Zahnwelle ausgeführten Trägerwelle 6 drehfest und in Pfeilrichtung 18 axial verschiebbar angeordnet sind, wobei die jeweilige Funktionsstellung mittels eines Rastmittels 7 in der eingestellten axialen Position festlegbar ist. Die Einleitung der axialen Verstellung erfolgt mittels eines nicht gezeigten Aktuators, der lediglich während der axialen Verstellung mittels eines Stiftes in eine nutenförmigen Ausformung 8 einer mit den Nockenträgerrohren 5 verbundenen Schaltkulisse 9 eingreift. Die Schaltkulisse 9 verbindet dabei die beiden zueinander axial mit einem Abstand a, angeordneten Nockenträgerrohre 5, die jeweils als separate Formkörper ausgeführt sind, entlang einer umfangsseitigen Kontaktfläche 10 derart, dass die auf einem gemeinsamen Nockenträgerrohr 5 angeordneten Nockenelemente 3, 4 beiderseits einer Lagerstelle 11 des Nockenträgerrohres 5 in einem Zylinderkopf 12 der Brennkraftmaschine 2 angeordnet sind. Zur Festlegung der axialen Position der Nockenträgerrohre 5 an der Schaltkulisse 9 hat diese jeweils einen radial nach innen gerichteten Vorsprung 13 zur Anlage gegen eine Stirnfläche 14 des jeweiligen Nockenträgerrohres 5, wobei die Kontaktfläche 10 zur formschlüssigen Verbindung der Schaltkulisse 9 mit den Nockenträgerrohren 5 ausgeführt ist. An einer Innenumfangsfläche der Schaltkulisse 9 ist diese mit zwei nutenförmig umlaufenden Ausnehmungen 15 für einen an der Trägerwelle 6 angeordneten und mittels eines Federelementes 16 vorgespannten Rastkörper 17 des Rastmittels 7, durch den die jeweilige axialen Position fixiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwelle
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Nockenelement
- 4
- Nockenelement
- 5
- Nockenträgerrohr
- 6
- Trägerwelle
- 7
- Rastmittel
- 8
- Ausformung
- 9
- Schaltkulisse
- 10
- Kontaktfläche
- 11
- Lagerstelle
- 12
- Zylinderkopf
- 13
- Vorsprung
- 14
- Stirnfläche
- 15
- Ausnehmung
- 16
- Federelement
- 17
- Rastkörper
- 18
- Pfeilrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012209026 A1 [0006]
- DE 102009022657 A1 [0007]
- DE 102004011586 A1 [0008]
- DE 102011011803 A1 [0009]
- DE 102013010330 A1 [0010]
